[發(fā)明專利]一種擇優(yōu)取向生長的Bi5Ti3FeO15多鐵性薄膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410309940.9
• 申請(qǐng)日: 2014-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN104045335A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊鋒;劉芬;楊長紅;胡廣達(dá);宗志豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/26
• 分類號(hào): C04B35/26;C04B35/622
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 賈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種層狀鈣鈦礦型Bi₅Ti₃FeO₁₅(簡稱BTFO)多鐵性薄膜的制備方法，具體涉及一種在(111)Pt/Ti/SiO₂/Si襯底上擇優(yōu)取向生長的Bi₅Ti₃FeO₁₅多鐵性薄膜的制備方法。?

背景技術(shù)

無論是單相多鐵性體系或多鐵性復(fù)合體系，走向?qū)嶋H應(yīng)用不可避免要以薄膜異質(zhì)結(jié)的形態(tài)呈現(xiàn)，這是發(fā)展信息器件的需要。多鐵性薄膜材料不但有鐵電、鐵磁和鐵彈性共存，而且由于不同鐵性之間的相互耦合而產(chǎn)生如磁電效應(yīng)等新的功能，使人們?cè)诨陔姾尚蚝妥孕蛟O(shè)計(jì)的器件之外有了一個(gè)新的自由度來設(shè)計(jì)新型磁電器件，這有利于器件向小型化和多功能化方向發(fā)展，使其在聲納探測(cè)器、自旋電子器件、傳感器和信息存儲(chǔ)器等高新技術(shù)領(lǐng)域潛在的應(yīng)用前景大大增加。隨著多鐵性薄膜器件微型化和半導(dǎo)體集成工藝的發(fā)展，器件的單元尺寸也將會(huì)小到100nm，可以與多晶薄膜材料的晶粒尺寸相媲比。隨機(jī)取向的晶粒會(huì)使得器件單元鐵電性能發(fā)散，進(jìn)而影響器件的整體可靠性。另外，層狀鈣鈦礦氧化物多鐵薄膜材料存在各向異性，不同取向的薄膜材料具有不同的電學(xué)和磁性性能，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域有著不同的應(yīng)用，如在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)中，要求壓電性能要好，在非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器(NvFRAM)中，要求鐵電極化強(qiáng)度要大，而在磁電耦合器件中，則要求其磁電耦合系數(shù)要大。因此，生長出均勻取向的薄膜對(duì)集成多鐵性器件來講具有重要的意義。?

近年來，人們?cè)谌∠蛏L鐵性薄膜方面取得了一些進(jìn)展，但是大多數(shù)都采用了單晶襯底，且采用制備條件較為苛刻的PLD法進(jìn)行外延生長。但是，大多數(shù)器件都要求集成在Si襯底上，為獲得具有使用價(jià)值的高性能多鐵性薄膜，如何在Pt/Ti/SiO₂/Si(100)襯底上實(shí)現(xiàn)均勻取向生長的高性能層狀鈣鈦礦型多鐵性薄膜(BTFO)，是亟待解決的課題。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種擇優(yōu)取向生長的Bi₅Ti₃FeO₁₅多鐵性薄膜的制備方法，該方法操作方便，工藝簡單，成本較低，所得薄膜擇優(yōu)取向高，并且與CMOS(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)，工藝兼容。?

本發(fā)明技術(shù)方案如下：?

一種擇優(yōu)取向生長的Bi₅Ti₃FeO₁₅多鐵性薄膜的制備方法，其特征是包括以下步驟：以(111)Pt/Ti/SiO₂/Si為襯底，在襯底上先采用溶膠凝膠法沉積CoFe₂O₄薄膜作為種子層，然后在種子層上再采用溶膠凝膠法沉積Bi₅Ti₃FeO₁₅薄膜，所得Bi₅Ti₃FeO₁₅薄膜在c軸擇優(yōu)取向?生長。?

本發(fā)明提供的方法可以使Bi₅Ti₃FeO₁₅薄膜在c軸擇優(yōu)取向生長，其中種子層是擇優(yōu)取向生長的關(guān)鍵，CoFe₂O₄種子層的厚度為8-25nm時(shí)取向生長好，種子層過薄或者過厚都會(huì)影響薄膜的取向。其中種子層的厚度優(yōu)選為15nm。?

上述制備方法中，所述Bi₅Ti₃FeO₁₅多鐵性薄膜的厚度為50-500nm。?

上述制備方法中，CoFe₂O₄種子層的制備方法也會(huì)對(duì)薄膜的取向生長有一定影響，優(yōu)選包括以下步驟：?

(1)高分子輔助沉積法制備CoFe₂O₄前驅(qū)體溶液?

a.按0.05g/ml配制聚乙烯亞胺高分子溶液，再按質(zhì)量比Co(Cl)₂∶聚乙烯亞胺＝1∶1稱取Co(Cl)₂溶解于上述高分子溶液中，磁力攪拌均勻，聚乙烯亞胺(PEI)高分子富含的-NH₂可以綁定溶液中的鈷離子；將上述得到的溶液倒入超濾杯中過濾，濾掉小分子量的聚乙烯亞胺分子和未被綁定的離子；?